DE68924622T2 - Device for controlling a semiconductor laser. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlaser-Treibervorrichtung, und spezieller betrifft sie eine Halbleiterlaser-Treibervorrichtung, wie sie in einem optischen Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabesystem von Nutzen ist, bei dem Information auf einer optischen Platte wie einer magnetooptischen Platte aufgezeichnet und von dieser abgespielt wird.The present invention relates to a semiconductor laser driving device, and more particularly to a semiconductor laser driving device useful in an optical disk recording and reproducing system in which information is recorded on and reproduced from an optical disk such as a magneto-optical disk.
In einem optischen Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabesystem wird Information auf einer optischen Platte wie einer neu beschreibbaren magnetooptischen Platte aufgezeichnet und von dieser abgespielt. Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung unter Verwendung einer neu beschreibbaren magnetooptischen Platte als typisches Beispiel einer optischen Platte. Jedoch kann die Erfindung auch auf eine Halbleiterlaser-Treibervorrichtung für eine optische Platte von anderem Typ angewandt werden, wie eine solche vom einmal beschreibbaren Typ oder eine solche vom Phasenübergangstyp.In an optical disk recording and reproducing system, information is recorded on and reproduced from an optical disk such as a rewritable magneto-optical disk. Hereinafter, a description will be given using a rewritable magneto-optical disk as a typical example of an optical disk. However, the invention can also be applied to a semiconductor laser driving device for an optical disk of another type such as a write-once type or a phase-transition type.
Wenn Information auf einer magnetooptischen Platte mit einem magnetischen Dünnfilm aufzuzeichnen ist oder zu löschen ist, wird ein Laserlichtstrahl hoher Leistung auf die Platte gestrahlt, um die Temperatur des magnetischen Dünnfilms, der rechtwinklig magnetisiert ist, örtlich zu erhöhen, um dadurch dafür zu sorgen, daß die Magnetisierung des Magnetfelds sich in der Richtung eines äußeren Magnetfelds umkehrt. Wenn dagegen Information von der magnetooptischen Platte abzuspielen ist, wird ein Laserlichtstrahl geringer Leistung auf die Platte gestrahlt, um eine Änderung der Polarisation des reflektierten Lichtstrahls zu erfassen, die dem Magnetisierungszustand des magnetischen Films entspricht. Demgemäß ist ein optisches Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabesystem mit einer Halbleiterlaser-Treibervorrichtung versehen, die einem Halbleiterlaser-Bauteil einen Treiberstrom zuführt, dessen Stärke abhängig vom Betriebsmodus des Systems eingestellt wird (d. h. dem Aufzeichnungs- und Löschmodus oder dem Abspielmodus).When information is to be recorded or erased on a magneto-optical disk having a magnetic thin film, a high-power laser light beam is irradiated onto the disk to locally increase the temperature of the magnetic thin film, which is magnetized at right angles, to thereby cause the magnetization of the magnetic field reverses in the direction of an external magnetic field. On the other hand, when information is to be reproduced from the magneto-optical disk, a low-power laser light beam is irradiated onto the disk to detect a change in polarization of the reflected light beam corresponding to the magnetization state of the magnetic film. Accordingly, an optical disk recording and reproducing system is provided with a semiconductor laser driving device which supplies a driving current to a semiconductor laser device, the intensity of which is adjusted depending on the operating mode of the system (ie, the recording and erasing mode or the playback mode).
Fig. 5 zeigt eine bekannte Halbleiterlaser-Treibervorrichtung. Im Abspielmodus wird eine Schaltstufe 21 durch ein Wiedergabe-EIN-Signal geschlossen. Dann wird das Ausgangssignal eines Operationsverstärkers 22, an den eine Spannungsquelle Vref über den nichtinvertierenden Eingang angeschlossen ist, an einen Transistor Tr geliefert, um diesen einzuschalten, wodurch ein Abspieltreiberstrom IR einem Halbleiterlaser-Bauteil 23 zugeführt wird, damit dieses einen Laserlichtstrahl emittiert. Der Laserlichtstrahl wird durch ein optisches Meßelement 24 wie eine Photodiode überwacht, damit ein Signal, dessen Pegel der Leistung des Laserlichtstrahls entspricht, dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 22 zugeführt wird. Diese Gegenkopplung ermöglicht es, daß der Transistor Tr den Abspieltreiberstrom IR so einstellt, daß die Leistung des vom Laserbauteil 23 emittierten Laserlichtstrahls auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.Fig. 5 shows a conventional semiconductor laser driving device. In the playback mode, a switching circuit 21 is closed by a playback ON signal. Then, the output of an operational amplifier 22, to which a voltage source Vref is connected via the non-inverting input, is supplied to a transistor Tr to turn it on, thereby supplying a playback driving current IR to a semiconductor laser device 23 to emit a laser light beam. The laser light beam is monitored by an optical measuring element 24 such as a photodiode to supply a signal whose level corresponds to the power of the laser light beam to the inverting input of the operational amplifier 22. This negative feedback enables the transistor Tr to adjust the playback driving current IR so that the power of the laser light beam emitted by the laser device 23 is maintained at a predetermined value.
Da die optische Ausgangsleistung des Halbleiterlaser-Bauteils 23 durch eine Temperaturänderung beeinflußt wird, reicht es zum Aufrechterhalten der Ausgangsleistung des Laserlichtstrahls auf einem festen Wert nicht aus, den Wiedergabetreiberstrom IR auf einen konstanten Wert zu regeln. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 detaillierter beschrieben. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich die I-P (Treiberstrom-optische Ausgangsleistung)-Charakteristik des Halbleiterlaser-Bauteils 23 stark, z. B. von einer Kurve A auf eine Kurve B. Gemäß der Kurve A kann eine festgelegte optische Ausgangsleistung PR dadurch erhalten werden, daß dem Laserbauteil 23 ein Abbspieltreiberstrom IR1 zugeführt wird. Wenn die Temperatur steigt, ändert sich die I-P-Charakteristik des Laserbauteils 23 so, wie es durch die Kurve B dargestellt ist, was dazu führt, daß ein größerer Abspieltreiberstrom IR2 erforderlich ist, um die optische Ausgangsleistung PR zu erhalten. Um die optische Ausgangsleistung PR auf konstantem Wert zu halten, ist es daher erforderlich, den Abspieltreiberstrom IR2 zu regeln, während die optische Ausgangsleistung PR überwacht wird.Since the optical output of the semiconductor laser device 23 is affected by a temperature change, it is not sufficient to maintain the output of the laser light beam at a fixed value by simply adjusting the reproduction drive current IR to a constant value. This will be described in more detail with reference to Fig. 6. When the temperature changes, the IP (drive current-optical output power) characteristic of the semiconductor laser device 23 changes greatly, e.g., from a curve A to a curve B. According to the curve A, a fixed optical output power PR can be obtained by supplying a playback drive current IR1 to the laser device 23. When the temperature increases, the IP characteristic of the laser device 23 changes as shown by the curve B, resulting in a larger playback drive current IR2 being required to obtain the optical output power PR. Therefore, in order to keep the optical output power PR at a constant value, it is necessary to control the playback drive current IR2 while monitoring the optical output power PR.
Wenn der Aufzeichnungs- und Löschmodus eingestellt ist, wird der Abspieltreiberstrom IR auf einen Wert fixiert, der mit dem übereinstimmt, der unmittelbar vor dem Einstellen dieses Modus vorliegt, was durch eine (nicht dargestellte) Abtast- Halte-Schaltung erfolgt. Eine Aufzeichnungs- und Löschsignalschaltung 25 erzeugt ein Aufzeichnungs- und Löschsignal. Abhängig vom Aufzeichnungs- und Löschsignal wird eine andere Schaltstufe 26 geschlossen oder geöffnet. Wenn die Schaltstufe 26 geschlossen ist, fließt ein Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW durch das Halbleiterlaser-Bauteil 23, dem der Abspieltreiberstrom IR überlagert ist. Demgemäß wird der vom Laserbauteil 23 emittierte Laserlichtstrahl beim Aufzeichnen von Information abhängig von der aufzuzeichnenden Information moduliert. Wenn Information gelöscht wird, bleibt die Schaltstufe 26 geschlossen, damit der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW durch das Laserbauteil 23 fließen kann.When the recording and erasing mode is set, the playback drive current IR is fixed to a value that is the same as that immediately before this mode is set by a sample-and-hold circuit (not shown). A recording and erasing signal circuit 25 generates a recording and erasing signal. Depending on the recording and erasing signal, another switching circuit 26 is closed or opened. When the switching circuit 26 is closed, a recording and erasing drive current IW flows through the semiconductor laser device 23, on which the playback drive current IR is superimposed. Accordingly, when information is recorded, the laser light beam emitted from the laser device 23 is modulated depending on the information to be recorded. When information is erased, the switching circuit 26 remains closed to allow the recording and erasing drive current IW to flow through the laser device 23.
Die Stärke des Aufzeichnungs- und Löschtreiberstroms IW ändert sich abhängig vom Widerstand einer Widerstandsschaltung 28, die durch eine Auswahlschaltung 27 ausgewählt wird. Die Auswahlschaltung 27 verfügt über vier Schalter, die selektiv abhängig von einem Auswahlsignal geschlossen oder geöffnet werden können, das von einer Auswahlsignalschaltung 29 zum Auswählen der optischen Ausgangsleistung geliefert wird. Die Widerstandsschaltung 28 verfügt über vier Widerstände R&sub1; bis R&sub4; mit verschiedenen Widerstandswerten, die jeweils parallel an die vier Schalter der Auswahlschaltung 27 angeschlossen sind. Die Auswahlsignalschaltung 29 erfaßt die Position einer optischen Platte, auf die der Laserlichtstrahl des Laserbauteils 23 gestrahlt wird, d. h. den Abstand zwischen dieser Position und dem Zentrum der Platte (nachfolgend wird eine solche Position als "beleuchtete Position" bezeichnet), und sie erzeugt ein Auswahlsignal, das der erfaßten Position entspricht. Die Signalschaltung 29 erzeugt das Auswahlsignal in solcher Weise, daß der Pegel des Aufzeichnungs- und Löschtreiberstroms IW größer wird, wenn sich die beleuchtete Position nach außen bewegt (d. h. zum Außenrand der Platte hin).The strength of the recording and erasing drive current IW changes depending on the resistance of a resistance circuit 28 selected by a selection circuit 27. The selection circuit 27 has four switches which can be selectively closed or opened depending on a selection signal supplied from a selection signal circuit 29 for selecting the optical output power. The resistance circuit 28 has four resistors R₁ to R₄ having different resistance values, each of which is connected in parallel to the four switches of the selection circuit 27. The selection signal circuit 29 detects the position of an optical disk onto which the laser light beam of the laser device 23 is irradiated, that is, the distance between this position and the center of the disk (hereinafter, such a position is referred to as "illuminated position"), and generates a selection signal corresponding to the detected position. The signal circuit 29 generates the selection signal in such a manner that the level of the recording and erasing drive current IW becomes larger as the illuminated position moves outward (i.e., toward the outer edge of the disk).
Der Grund, weswegen die Stärke des Aufzeichnungs- und Löschtreiberstroms IW abhängig von der beleuchteten Position verändert wird, ist der, daß dann, wenn sich eine optische Platte mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, die Lineargeschwindigkeit an der beleuchteten Position schneller wird, wenn die beleuchtete Position sich weiter nach außen bewegt. Anders gesagt, ist es zum Aufrechterhalten der vom Laserlichtstrahl auf den magnetischen Dünnfilm übertragenen Energie auf einem konstanten Wert unabhängig von der beleuchteten Position erforderlich, die optische Ausgangsleistung des Laserlichtstrahls zu erhöhen, wenn sich die beleuchtete Position nach außen bewegt. Die Widerstände R1 bis R4 werden durch die Auswahlschaltung 27 ausgewählt, um den Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW schrittweise zu erhöhen, wenn sich die beleuchtete Position nach außen bewegt.The reason why the strength of the recording and erasing drive current IW is changed depending on the illuminated position is that when an optical disk rotates at a constant angular velocity, the linear velocity at the illuminated position becomes faster as the illuminated position moves further outward. In other words, in order to maintain the energy transferred from the laser light beam to the magnetic thin film at a constant value regardless of the illuminated position, it is necessary to increase the optical output power of the laser light beam as the illuminated position moves outward. The resistors R1 to R4 are selected by the selection circuit 27 to determine the Record and erase drive current IW to increase gradually as the illuminated position moves outward.
Eine Halbleiterlaser-Treibervorrichtung mit einem solchen Aufbau ist in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung (Kokai) Nr. 62(1987)-257 640 beschrieben.A semiconductor laser driving device having such a structure is described in Japanese Patent Laid-Open Publication (Kokai) No. 62(1987)-257640.
So ist bei einer herkömmlichen Halbleiterlaser-Treibervorrichtung die Stärke des Aufzeichnungs- und Löschtreiberstroms IW, der dem Abspieltreiberstrom IR überlagert wird, immer konstant, solange die beleuchtete Position stillsteht.Thus, in a conventional semiconductor laser driving device, the strength of the recording and erasing driving current IW, which is superimposed on the playback driving current IR, is always constant as long as the illuminated position is stationary.
Wie vorstehend angegeben, ändert sich die I-P-Charakteristik des Halbleiterlaser-Bauteils 23, wenn die Temperatur ansteigt. Die Änderung der I-P-Charakteristik aufgrund einer Temperaturänderung besteht nicht nur in einer bloßen Verschiebung der Charakteristik (z. B. von der Kurve A auf die Kurve B' (wie in Fig. 6 dargestellt) , sondern es ist eine solche, die eine Änderung der Steigung der Charakteristik (z. B. von der Kurve A auf die Kurve B (wie in Fig. 6 dargestellt) beinhaltet. Wenn die I-P-Charakteristik von der Kurve A auf die Kurve B wechselt, verringert sich der differentielle Wirkungsgrad von ΔPX1/ΔIW auf ΔPX2/ΔIW. Wenn gemäß der Charakteristikkurve A eine vorgegebene optische Ausgangsleistung PX1 durch überlagern des Aufzeichnungs- und Löschtreiberstroms IW über den Abspieltreiberstrom IR1 erhalten wurde, bewirkt ein Temperaturanstieg, daß das Laserbauteil 23 gemäß der Kurve B arbeitet, was dazu führt, daß die optische Ausgangsleistung nur den Ausgangspegel PX2 erreicht, und zwar selbst dann, wenn der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW einem Abspieltreiberstrom IR2 überlagert wird, der die optische Ausgangsleistung PR zum Abspielen auf konstantem Wert hält. Dies ist durch die Verringerung der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils aufgrund der Verringerung des differentiellen Wirkungsgrads hervorgerufen. Wenn die Temperatur fällt, kann umgekehrt die optische Ausgangsleistung des Laserbauteils 23 übermäßig anwachsen.As stated above, the IP characteristic of the semiconductor laser device 23 changes as the temperature increases. The change in the IP characteristic due to a change in temperature is not just a mere shift in the characteristic (e.g., from curve A to curve B' (as shown in Fig. 6) ), but it is one that involves a change in the slope of the characteristic (e.g., from curve A to curve B (as shown in Fig. 6). When the IP characteristic changes from curve A to curve B, the differential efficiency decreases from ΔPX1/ΔIW to ΔPX2/ΔIW. When a predetermined optical output power PX1 has been obtained according to the characteristic curve A by superimposing the recording and erasing drive current IW on the playback drive current IR1, a rise in temperature causes the laser device 23 to operate according to curve B, resulting in the optical output power only reaching the output level PX2 even when the recording and erasing drive current IW is superimposed on a playback driver current IR2, which keeps the optical output power PR for playback at a constant value. This is due to the reduction of the optical output power of the laser device due to the reduction of the differential efficiency Conversely, when the temperature drops, the optical output power of the laser device 23 may increase excessively.
Auf diese Weise kann eine bekannte Halbleiterlaser-Treibervorrichtung nicht mit einer Änderung des differentiellen Wirkungsgrads der I-P-Charakteristik des Halbleiterlaser- Bauteils fertigwerden, und es besteht der Nachteil, daß sie das Laserbauteil nicht so steuern kann, daß es einen Laserlichtstrahl mit optimaler Leistung emittiert.In this way, a conventional semiconductor laser driving device cannot cope with a change in the differential efficiency of the I-P characteristic of the semiconductor laser device, and has a disadvantage that it cannot control the laser device to emit a laser light beam with optimum power.
Da sich der differentielle Wirkungsgrad abhängig von einzelnen Halbleiterlaser-Bauteilen selbst bei derselben Temperatur ändern kann, hat eine bekannte Halbleiterlaser-Treibervorrichtung den anderen Nachteil, daß die Kombinationen der Widerstandswerte der Widerstände R&sub1; bis R&sub4; in der Widerstandsschaltung 28 anfangs für jede Vorrichtung eingestellt werden müssen.Since the differential efficiency may vary depending on individual semiconductor laser components even at the same temperature, a known semiconductor laser driving device has another disadvantage that the combinations of the resistance values of the resistors R₁ to R₄ in the resistance circuit 28 must be initially set for each device.
Die vorstehend angegebenen Nachteile gelten entsprechend für Halbleiterlaser-Treibervorrichtungen für andere optische Plattensysteme, zu denen solche für einmal beschreibbare optische Platten gehören.The disadvantages noted above apply accordingly to semiconductor laser driving devices for other optical disk systems, including those for write-once optical disks.
Das Dokument US-A-4,747,091, auf dem der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, offenbart eine Vorrichtung zum Zuführen eines Treiberstroms zu einem Halbleiterlaser-Bauteil eines optischen Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabesystems, wobei die Stärke des Treiberstroms änderbar ist, um die optische Ausgangsleistung des Halbleiterlaser-Bauteils auf eine von mehreren vorgegebenen Ausgangsleistungen einzustellen, wobei die optische Ausgangsleistung des Halbleiterlaser-Bauteils auf Grundlage der Position eines Teils einer optischen Platte ausgewählt wird, die von einem vom Laserbauteil emittierten Laserbauteil beleuchtet wird, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Stromversorgungseinrichtung zum aufeinanderfolgenden Zuführen mehrerer Bezugstreiberströme zum Laserbauteil; eine Überwachungseinrichtung zum Überwachen der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils; eine Speichereinrichtung zum Speichern von Signalen, die den Werten der Treiberströme entsprechen, wie sie erforderlich sind, um die vorgegebenen Ausgangsleistungen zu erzielen; und eine Auswahleinrichtung zum anschließenden Auswählen eines der abgespeicherten Signale auf Grundlage der Position des beleuchteten Teils der optischen Platte.Document US-A-4,747,091, on which the preamble of claim 1 is based, discloses an apparatus for supplying a drive current to a semiconductor laser device of an optical disk recording and reproducing system, the strength of the drive current being changeable to set the optical output power of the semiconductor laser device to one of a plurality of predetermined output powers, the optical output power of the semiconductor laser device being selected based on the position of a portion of an optical disk illuminated by a laser device emitted from the laser device, the apparatus comprising: power supply means for sequentially supplying a plurality of reference drive currents to the laser device; monitoring means for monitoring the optical output power of the laser device; storage means for storing signals corresponding to the values of the drive currents required to achieve the predetermined output powers; and selection means for subsequently selecting one of the stored signals based on the position of the illuminated portion of the optical disk.
Bei der im Dokument US-A-4,747,091 offenbarten Vorrichtung können aufeinanderfolgende Bezugstreiberströme entweder größer oder kleiner sein als der vorige Bezugstreiberstrom. Außerdem sind die Bezugstreiberströme Wechselströme. Diese Merkmale verkomplizieren die Vorrichtung gemäß dem Dokument US-A-4,747,091.In the device disclosed in document US-A-4,747,091, successive reference drive currents can be either larger or smaller than the previous reference drive current. In addition, the reference drive currents are alternating currents. These features complicate the device according to document US-A-4,747,091.
Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zuführen von Treiberstrom zu einem Halbleiterlaser-Bauteil eines optischen Plattenaufzeichnungs- und -wiedergabesystems geschaffen, bei dem die Stärke des Treiberstroms änderbar ist, um die optische Ausgangsleistung des Halbleiterlaser-Bauteils auf eine von mehreren vorgegebenen Ausgangsleistungen einzustellen, wobei die optische Ausgangsleistung des Halbleiterlaser-Bauteils auf Grundlage der Position eines Teils einer optischen Platte ausgewählt wird, die von einem vom Laserbauteil emittierten Laserstrahl beleuchtet wird, mit einer ersten Stromversorgungseinrichtung zum sequentiellen Zuführen, in einer Initialisierungsphase, eines ersten und eines zweiten Bezugsstroms zum Laserbauteil, die verschiedene Werte aufweisen, um eine jeweils zugehörige erste bzw. zweite Laserausgangsleistung zu erzeugen, die voneinander verschieden sind; einer Speichereinrichtung zum Einspeichern eines ersten und eines zweiten Bezugssignals entsprechend dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Bezugsstrom; einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils und zum Erzeugen eines Eingangssignais entsprechend der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils; und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Lasertreiberstroms; dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie ein erstes und ein zweites Eingangssignal entsprechend einem jeweiligen Wert der optischen Ausgangsleistung des Laserbauteils einspeichert, wenn der erste und zweite Bezugsstrom dem Laserbauteil zugeführt werden; und die Steuereinrichtung ein Ausgangssignal, das einem gewünschten der vorgegebenen Ausgangsleistungen entspricht, aus dem ersten und zweiten abgespeicherten Bezugssignal und dem ersten und zweiten abgespeicherten Eingangssignal berechnet.According to the invention there is provided an apparatus for supplying drive current to a semiconductor laser device of an optical disk recording and reproducing system, in which the strength of the drive current is changeable in order to set the optical output power of the semiconductor laser device to one of a plurality of predetermined output powers, the optical output power of the semiconductor laser device being selected on the basis of the position of a part of an optical disk which is illuminated by a laser beam emitted from the laser device, with a first power supply device for sequentially supplying, in an initialization phase, a first and a second reference current to the laser device which have different values in order to produce a respective first and second laser output power which are different from one another. a memory device for storing a first and a second reference signal corresponding to the respective first and second reference currents; a monitoring device for monitoring the optical output power of the laser component and for generating an input signal corresponding to the optical output power of the laser component; and a control device for controlling the laser drive current; characterized in that the memory device is designed to store a first and a second input signal corresponding to a respective value of the optical output power of the laser component when the first and second reference currents are supplied to the laser component; and the control device calculates an output signal corresponding to a desired one of the predetermined output powers from the first and second stored reference signals and the first and second stored input signals.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine zweite Stromversorgungseinrichtung auf, die so ausgebildet ist, daß sie einen konstanten Strom liefert, wobei der dem Laserbauteil zugeführte Treiberstrom die Summe aus dem von der ersten Stromversorgungseinrichtung gelieferten Strom und dem von der zweiten Stromversorgungseinrichtung gelieferten Konstantstrom ist; und wobei die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie das Ausgangssignal entsprechend einer gewünschten der vorgegebenen Ausgangsleistungen aus den abge speicherten Signalen unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:Preferably, the device further comprises a second power supply device arranged to supply a constant current, the drive current supplied to the laser component being the sum of the current supplied by the first power supply device and the constant current supplied by the second power supply device; and the control device arranged to calculate the output signal corresponding to a desired one of the predetermined output powers from the stored signals using the following equation:
DXout = {(DBout - DAout)/(DBin - DAin)} (DPX - DPR),DXout = {(DBout - DAout)/(DBin - DAin)} (DPX - DPR),
wobei DPR das Eingangssignal ist, wie es von der Überwachungseinrichtung erzeugt wird, wenn dem Laserbauteil nur der Konstantstrom zugeführt wird.where DPR is the input signal as generated by the monitoring device when only the constant current is supplied to the laser device.
So ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, die folgenden Aufgaben zu lösen: (1) Schaffen einer Halbleiterlaser-Treibervorrichtung, die ein Halbleiterlaser-Bauteil so steuern kann, daß es selbst dann, wenn sich die Temperatur ändert, einen Laserlichtstrahl mit gewünschter Leistung emittieren kann; und (2) Schaffen einer Halbleiterlaser- Treibervorrichtung, bei der es nicht erforderlich ist, Anfangsstrombegrenzungselemente wie Widerstände einzustellen.Thus, the invention described here makes it possible to achieve the following objects: (1) to provide a semiconductor laser driving device that can control a semiconductor laser device so that it can emit a laser light beam with a desired power even when the temperature changes; and (2) to provide a semiconductor laser driving device that does not require setting initial current limiting elements such as resistors.
Die Treiberströme können auf solche Weise zugeführt werden, daß sich die Stärken der Treiberströme schrittweise voneinander unterscheiden.The driving currents can be supplied in such a way that the strengths of the driving currents gradually differ from each other.
Wenn die I-P-Charakteristik eines Halbleiterlaser-Bauteils als im wesentlichen linear angesehen werden kann, kann es ausreichen, nur zwei Arten von Treiberströmen, deren Werte ausreichend voneinander verschieden sind, zuzuführen. In diesem Fall werden zwei optische Ausgangsleistungen, wie sie durch die zwei Treiberströme hervorgerufen werden, erfaßt, um eine Linie zu erstellen, die die I-P-Charakteristik des Laserbauteils repräsentiert. Werte entsprechend den Treiberströmen zum Erzeugen eines Laserlichstrahls mit vorgegebener optischer Ausgangsleistung können aus dieser Linie erstellt werden.If the I-P characteristic of a semiconductor laser device can be considered to be substantially linear, it may be sufficient to supply only two types of drive currents whose values are sufficiently different from each other. In this case, two optical outputs caused by the two drive currents are detected to establish a line representing the I-P characteristic of the laser device. Values corresponding to the drive currents for generating a laser light beam with a given optical output can be established from this line.
Die Erfindung kann vom Fachmann besser verstanden werden, und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden deutlicher, wenn auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.The invention can be better understood by those skilled in the art, and its numerous objects and advantages will become more apparent when reference is made to the accompanying drawings.
Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das eine erfindungsgemäße Halbleiterlaser-Treibervorrichtung zeigt.Figure 1 is a block diagram showing a semiconductor laser driving device according to the present invention.
Figur 2 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Beispiels für die Beziehung zwischen beleuchteten Positionen und optischen Ausgangsleistungen.Figure 2 is a diagram illustrating an example of the relationship between illuminated positions and optical output powers.
Figur 3 ist ein Flußdiagramm eines Beispiels zum automatischen Einstellen digitaler Daten.Figure 3 is a flow chart of an example of automatically setting digital data.
Figur 4 ist ein Kurvendiagramm einer I-P-Charakteristik beim automatischen Einstellen digitaler Daten, wie in Fig. 3 veranschaulicht.Figure 4 is a graph of an I-P characteristic in automatically adjusting digital data as illustrated in Fig. 3.
Figur 5 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Halbleiterlaser-Treibervorrichtung.Figure 5 is a circuit diagram of a conventional semiconductor laser driving device.
Figur 6 ist ein Kurvendiagramm der I-P-Charakteristik in der Vorrichtung von Fig. 5.Figure 6 is a graph of the I-P characteristic in the device of Fig. 5.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Halbleiterlaser-Treibervorrichtung. In der Vorrichtung von Fig. 1 ist ein Haibleiterlaser-Bauteil 1 durch einen Abspieltreiberstrom IR betrieben, wie er von einer Abspielstromquelle (V/I) 2 zugeführt wird, und auch durch einen Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW, wie er über eine Schaltstufe 4 zugeführt wird. Der vom Laserbauteil 1 emittierte Laserlichtstrahl wird durch ein optisches Meßelement 5 erfaßt. Das Ausgangssignal des optischen Meßelements 5 wird einer automatischen Leistungsregel(APC)-Schaltung 7 über einen IIV-Umsetzer 6 zugeführt. Das Ausgangssignal der APC-Schaltung 5 wird der Abspielstromquelle 2 zugeführt, um eine Rückkopplungsschleife für die optische Ausgangsleistung des Laserbauteus 1 zu bilden, um es dadurch zu ermöglichen, daß das Laserbauteil 1 für das Abspielen eine optische Ausgangsleistung PR mit vorgegebenem Wert erzeugt.Fig. 1 shows a semiconductor laser driving device according to the invention. In the device of Fig. 1, a semiconductor laser device 1 is driven by a playback driving current IR supplied from a playback power source (V/I) 2 and also by a recording and erasing driving current IW supplied via a switching circuit 4. The laser light beam emitted from the laser device 1 is detected by an optical measuring element 5. The output of the optical measuring element 5 is supplied to an automatic power control (APC) circuit 7 via an IIV converter 6. The output of the APC circuit 5 is supplied to the playback power source 2 to form a feedback loop for the optical output power of the laser device 1, thereby enabling the laser device 1 to produce an optical output power PR for playback. with a given value.
Der Ausgang des I/V-Umsetzers 6 ist auch mit einem A/D-Umsetzer 8 verbunden, der die vom optischen Meßelement 5 erfaßte optische Ausgangsleistung in einen digitalen Datenwert Din umsetzt. Der digitale Datenwert Din wird einer CPU 9 zugeführt. Die CPU 9, an die ein ROM 10 und ein RAM 11 angeschlossen sind, erzeugt einen digitalen Datenwert Dout, der einem D/A-Umsetzer 12 zuzuführen ist. Dieser D/A-Umsetzer 12 setzt den digitalen Datenwert Dout in einen Spannungswert um, der einer Aufzeichnungs- und Löschtreiberstromquelle (V/I) 3 zugeführt wird. Demgemäß kann die CPU 9 die optische Ausgangsleistung des Laserbauteils 1 überwachen, wie sie erzeugt wird, wenn der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW dem Laserbauteil 1 zugeführt wird.The output of the I/V converter 6 is also connected to an A/D converter 8 which converts the optical output power detected by the optical measuring element 5 into a digital data value Din. The digital data value Din is supplied to a CPU 9. The CPU 9, to which a ROM 10 and a RAM 11 are connected, generates a digital data value Dout which is to be supplied to a D/A converter 12. This D/A converter 12 converts the digital data value Dout into a voltage value which is supplied to a recording and erasing drive current source (V/I) 3. Accordingly, the CPU 9 can monitor the optical output power of the laser device 1 as it is generated when the recording and erasing drive current IW is supplied to the laser device 1.
An den Steuereingang der Schaltstufe 4 ist der Ausgang einer Aufzeichnungs- und Löschsignalschaltung 13 angeschlossen, wodurch die Schaltstufe 4 abhängig von dem von der Schaltung 13 zugeführten Aufzeichnungs- und Löschsignal geschlossen oder geöffnet wird. Wenn die Schaltstufe 4 geschlossen ist, wird der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW dem Laserbauteil 1 zugeführt. Wenn der Aufzeichnungs- und Löschmodus eingestellt ist, ist der Abspieltreiberstrom IR auf eine Stärke fixiert, die mit derjenigen zum Zeitpunkt unmittelbar vor dem Einstellen des Modus übereinstimmt, was durch eine (nicht dargestellte) Abtast-Halte-Schaltung erfolgt. Der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW fließt durch das Haibleiterlaser-Bauteil 1, während ihm der Abspieltreiberstrom IR überlagert ist.The output of a recording and erasing signal circuit 13 is connected to the control input of the switching circuit 4, whereby the switching circuit 4 is closed or opened depending on the recording and erasing signal supplied from the circuit 13. When the switching circuit 4 is closed, the recording and erasing drive current IW is supplied to the laser device 1. When the recording and erasing mode is set, the playback drive current IR is fixed to a level that is the same as that at the time immediately before the mode is set by a sample-and-hold circuit (not shown). The recording and erasing drive current IW flows through the semiconductor laser device 1 while the playback drive current IR is superimposed thereon.
Der ROM 10 speichert fünf digitale Daten DP1 bis DP5 (DPX) ein, die jeweils vorgegebenen optischen Ausgangsleistungen P1 bis P5 (Px) entsprechen. Wie in Fig. 2 dargestellt, kennzeichnen diese vorgegebenen Leistungen P1 bis P5 (Px) die optimalen optischen Ausgangsleistungen des Laserbauteils 1 bei jeder von mehreren beleuchteten Positionen bei Aufzeichnungs- und Löschbetrieb mittels des Halbleiterlaserelements 1. Das heißt, daß das Laserbauteil 1 einen Laserlichtstrahl mit der optischen Ausgangsleistung P1 emittiert, wenn sich die beleuchtete Position im Bereich zwischen einem Radius r&sub1; und einem Radius r&sub2; einer optischen Platte befindet, einen Laserlichtstrahl mit der optischen Ausgangsleistung P2, wenn sich die beleuchtete Position im Bereich zwischen dem Radius r&sub2; und einem Radius r&sub3; befindet, und einen Laserlichtstrahl mit der optischen Ausgangsleistung P&sub5;, wenn sich die beleuchtete Position im Bereich zwischen einem Radius r&sub5; und einem Radius r&sub6; befindet. Diese vorgegebenen Leistungen sind so ausgewählt, daß die dem Medium der optischen Platte zugeführte optische Energie optimal ist, wenn Laserlichtstrahlen mit derartigen Leistungen auf die jeweilige beleuchtete Position auftreffen.The ROM 10 stores five digital data DP1 to DP5 (DPX) corresponding to predetermined optical output powers P1 to P5 (Px), respectively. As shown in Fig. 2, these predetermined powers P1 to P5 (Px) indicate the optimum optical output powers of the laser device 1 at each of a plurality of illuminated positions in recording and erasing operations by means of the semiconductor laser element 1. That is, the laser device 1 emits a laser light beam having the optical output power P1 when the illuminated position is in the range between a radius r₁ and a radius r₂ of an optical disk, a laser light beam having the optical output power P2 when the illuminated position is in the range between a radius r₂ and a radius r₃, and a laser light beam having the optical output power P₅ when the illuminated position is in the range between a radius r₅ and a radius r₆. These predetermined powers are selected so that the optical energy supplied to the medium of the optical disk is optimum when laser light beams having such powers are incident on the respective illuminated position.
Der RAM 11 speichert fünf digitale Daten DXout ein, die jeweils fünf Werten des Aufzeichnungs- und Löschtreiberstroms IW entsprechen, um die fünf Arten optischer Ausgangsleistungen PX zu erhalten. Die CPU 9 wählt einen der digitalen Daten Dxout abhängig von der aktuellen beleuchteten Position aus und liest ihn aus dem RAM 11 aus. Der ausgewählte digitale Datenwert Dxout wird der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstromquelle 3 als digitaler Datenwert Dout zugeführt, so daß das Laserbauteil 1 einen Laserlichtstrahl mit der optimalen optischen Ausgangsleistung PX emittiert.The RAM 11 stores five digital data DXout each corresponding to five values of the recording and erasing drive current IW to obtain the five types of optical output powers PX. The CPU 9 selects one of the digital data Dxout depending on the current illuminated position and reads it out from the RAM 11. The selected digital data Dxout is supplied to the recording and erasing drive current source 3 as digital data Dout so that the laser device 1 emits a laser light beam having the optimum optical output power PX.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die digitalen Daten DXout automatisch abhängig von den Temperaturbedingungen und der I-P-Charakteristik des Halbleiterlaser-Bauteils 1 eingestellt, vorzugsweise unmittelbar vor einem Aufzeichnungs- und Löschvorgang.In the preferred embodiment, the digital data DXout is automatically adjusted depending on the temperature conditions and the I-P characteristics of the semiconductor laser device 1, preferably immediately before a recording and erasing operation.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 wird ein Beispiel für das automatische Einstellen der digitalen Daten Dxout beschrieben. Bei diesem Beispiel erfolgt das automatische Einstellen der digitalen Daten DXout unmittelbar vor einem Aufzeichnungs- und Löschvorgang. Die CPU 9 liefert digitale Daten DAout über den D/A-Umsetzer 12 an die Treiberstromquelle 3, um dadurch einen Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IWA zu liefern, dessen Stärke dem digitalen Datenwert Daout entspricht. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der digitale Datenwert Daout ein Wert, der dem Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IWA zum Erzeugen eines Laserlichtstrahls mit der optischen Ausgangsleistung PA, die vorab im Bereich von Pmin bis Pmax eingestellt wurde, entspricht. In diesem Bereich von Pmin bis Pmax ist die I-P-Charakteristik des Halbleiterlaser-Bauteils 1 im wesentlichen linear. Das Laserbauteil 1 wird mit dem Abspieltreiberstrom IR betrieben, dem der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IWA überlagert ist, um einen Laserlichtstrahl mit der optischen Ausgangsenergie PA zu emittieren. Die optische Ausgangsenergie PA wird durch den I/V-Umsetzer 6 erfaßt, um als digitaler Datenwert DAin eingegeben zu werden (Schritt S12).An example of automatically setting the digital data Dxout will be described with reference to Figs. 3 and 4. In this example, automatically setting the digital data DXout is performed immediately before a recording and erasing operation. The CPU 9 supplies digital data DAout to the drive power source 3 through the D/A converter 12 to thereby supply a recording and erasing drive current IWA whose magnitude corresponds to the digital data Daout. As shown in Fig. 4, the digital data Daout is a value corresponding to the recording and erasing drive current IWA for generating a laser light beam having the optical output power PA set in advance in the range of Pmin to Pmax. In this range of Pmin to Pmax, the I-P characteristic of the semiconductor laser device 1 is substantially linear. The laser device 1 is driven by the playback drive current IR superimposed with the recording and erasing drive current IWA to emit a laser light beam having the optical output power PA. The optical output power PA is detected by the I/V converter 6 to be input as digital data DAin (step S12).
Dann liefert die CPU 9 Daten Dbout über den D/A-Umsetzer 12 an die Treiberstromquelle 3, um dadurch dem Laserbauteil 1 einen Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IWB zuzuführen, dessen Pegel dem digitalen Datenwert DBout entspricht (Schritt S13). Die optische Ausgangsleistung PB ist vorab so eingestellt, daß sie im linearen Bereich ausreichend größer als die optische Ausgangsleistung PA ist. Das Laserbauteil 1 wird durch den Abspieltreiberstrom IR betrieben, dem der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IWB überlagert ist, um einen Laserlichtstrahl der optischen Ausgangsleistung PB zu emittieren. Die optische Ausgangsleistung PB wird durch den A/D-Umsetzer 8 umgesetzt, um als digitaler Datenwert DBin eingegeben zu werden (Schritt S14).Then, the CPU 9 supplies data Dbout to the drive power source 3 via the D/A converter 12, thereby supplying to the laser device 1 a recording and erasing drive current IWB whose level corresponds to the digital data DBout (step S13). The optical output power PB is set in advance to be sufficiently larger than the optical output power PA in the linear region. The laser device 1 is driven by the playback drive current IR on which the recording and erasing drive current IWB is superimposed to emit a laser light beam of the optical output power PB. The optical output power PB is converted by the A/D converter 8 to be input as the digital data DBin (step S14).
Nachdem die digitalen Daten DAin und DBin eingegeben wurden, wird ein Schleifenzähler X auf eins gesetzt (Schritt S15), und der Ablauf tritt in eine Schleife zum Einstellen des digitalen Datenwerts DXout ein (Schritte S16 bis S18). In dieser Schleife wird ein digitaler Datenwert D1out aus den digitalen Daten DAin und DBin berechnet, wie später beschrieben, und der erhaltene digitale Datenwert D1out wird in den RAM 11 eingeschrieben (Schritt S16). Der Schleifenzähler X wird inkrementiert (Schritt S17), und er wird abgefragt, um zu erkennen, ob er auf einem Wert über fünf steht oder nicht (Schritt S18). Wenn der Schleifenzähler X nicht über fünf steht, kehrt der Ablauf zum Schritt S16 zurück, um die Prozesse zu wiederholen. Wenn der Schleifenzähler X den Wert fünf erreicht, anders gesagt, wenn alle digitalen Daten D1out bis D5out (DXout) in den RAM 11 eingeschrieben sind, endet das automatische Einstellen der digitalen Daten Dxout.After the digital data DAin and DBin are input, a loop counter X is set to one (step S15), and the flow enters a loop for setting the digital data DXout (steps S16 to S18). In this loop, a digital data D1out is calculated from the digital data DAin and DBin as described later, and the obtained digital data D1out is written into the RAM 11 (step S16). The loop counter X is incremented (step S17), and it is checked to see whether or not it is at a value over five (step S18). If the loop counter X is not over five, the flow returns to step S16 to repeat the processes. When the loop counter X reaches the value five, in other words, when all the digital data D1out to D5out (DXout) are written into the RAM 11, the automatic setting of the digital data Dxout ends.
Im Schritt S16 werden die digitalen Daten D1out bis D5out (Dxout) mittels des folgenden Ausdrucks berechnet, wobei X von 1 bis 5 läuft:In step S16, the digital data D1out to D5out (Dxout) are calculated using the following expression, where X runs from 1 to 5:
DXout = {(DBout - DAout)/(DBin - DAin)} (DPX - DPR),DXout = {(DBout - DAout)/(DBin - DAin)} (DPX - DPR),
wobei der Term "(DBout - DAout)/(DBin - DAin)" die Bedeutung "(IWB - IWA)/(PB - PA)" hat, d. h. die Bedeutung des Kehrwerts des differentiellen Wirkungsgrads in der I-P-Kurve. Das Symbol "DPX" repräsentiert den digitalen Datenwert, der jeweils einer vorgegebenen optischen Ausgangsleistung PX, wie in FIG. 2 dargestellt, entspricht, und das Symbol "DPR" repräsentiert den digitalen Datenwert, der der optischen Ausgangsleistung PR im Wiedergabemodus entspricht. Daher hat der Term "(DPX - DPR)" die Bedeutung (PX - PR) oder die Bedeutung der optischen Ausgangsleistung, die der optischen Ausgangsleistung PR für den Abspielmodus zu überlagern ist, um die optische Ausgangsleistung PR für den Aufzeichnungs- und Löschmodus zu erzielen. Zusammengefaßt stellt die rechte Seite des Ausdrucks den Multiplikationswert aus (PX - PR) und dem Kehrwert des differentiellen Wirkungsgrads dar, wodurch der digitale Datenwert Dxout erhalten wird, der dem Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IWX entspricht, der dem Abspieltreiberstrom IR überlagert werden sollte.where the term "(DBout - DAout)/(DBin - DAin)" has the meaning of "(IWB - IWA)/(PB - PA)", that is, the meaning of the inverse of the differential efficiency in the IP curve. The symbol "DPX" represents the digital data value corresponding to each predetermined optical output power PX as shown in FIG. 2, and the symbol "DPR" represents the digital data value corresponding to the optical output power PR in the playback mode. Therefore, the term "(DPX - DPR)" has the meaning of (PX - PR) or the meaning of the optical output power to be superimposed on the optical output power PR for the playback mode, to obtain the optical output power PR for the recording and erasing mode. In summary, the right side of the expression represents the multiplication value of (PX - PR) and the inverse of the differential efficiency, which gives the digital data value Dxout, which corresponds to the recording and erasing drive current IWX, which should be superimposed on the playback drive current IR.
Als im Schritt S11 erzeugter digitaler Datenwert DAout kann der anfängliche digitale Datenwert DIV=0 verwendet werden. In diesem Fall wird der Aufzeichnungs- und Löschtreiberstrom IW null, so daß die optische Ausgangsleistung PA mit der entsprechend dem Abspieltreiberstrom IR im Wiedergabemodus übereinstimmt.As the digital data DAout generated in step S11, the initial digital data DIV=0 can be used. In this case, the recording and erasing drive current IW becomes zero, so that the optical output power PA coincides with that corresponding to the playback drive current IR in the playback mode.
Auch bei diesem Beispiel beginnt die Vorrichtung dann, wenn das automatische Einstellen der digitalen Daten DXout abgeschlossen ist, einen Aufzeichnungs- und Löschvorgang auf Grundlage der neu eingestellten digitalen Daten Dxout.Also in this example, when the automatic setting of the digital data DXout is completed, the device starts a recording and erasing operation based on the newly set digital data Dxout.
Es ist zu beachten, daß dem Fachmann verschiedene andere Modifiziereungen erkennbar sind von ihm leicht ausgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll der Schutzbereich der Erfindung nicht durch die vorstehende detaillierte Beschreibung, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt sein.It is to be understood that various other modifications will be apparent to and can be readily made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the foregoing detailed description, but only by the appended claims.
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